摘要：该文基于动量守恒原理,引入滑移模型,建立了固液两相混合内流激发提升管振动失稳控制模型。利用简谐微分求积(Harmonic differential quadrature,HDQ)方法求解振动控制方程,分析了均布和非均布网格耦合边界端点平移的网格布置策略对HDQ方法求解精度的影响,结果表明:固液两相流体与单相流体激发的管道振动特性有明显差异;在固支-弹性约束边界条件下,一阶临界流速随着固相颗粒输送浓度和粒径的增加而增加,二阶临界流速反而减小,一、二阶临界频率均增大;输送浓度对临界流速和频率的影响明显,但对颗粒粒径的影响程度十分有限。

摘要：海洋中的孤立波对半潜式钻井平台的作业安全有重大影响。基于某海域实测的内孤立波参数,数值计算实尺度半潜式钻井平台承受的内孤立波载荷。在传统的风、浪、流载荷动力定位能力分析方法中引入内孤立波载荷,应用二次规划方法求解平台在多种环境载荷作用下的动力定位能力,获得不同海水层化状态下内孤立波的极限安全波幅。研究结果表明:内孤立波对平台的纵荡载荷与入射角的关系为正弦函数,横荡载荷与入射角的关系为余弦函数,两者之间的相位差为45°。当内孤立波来波方向约为60°时,无论海水层化状态如何,都将出现较为严重的定位失效情况。应及时调整平台艏向,避免在该方向遭遇内孤立波,以保证平台作业安全。

摘要：抛载系统是水下机器人安全工作的核心关键部分。以“思源号”全海深ARV(自治缆控水下机器人)为研究对象,开展ARV作业过程中压载水下释放问题研究。通过在ARV底盘下侧布置下潜抛载模块,上艇体两侧对称布置上浮抛载模块,设计了一套基于电磁驱动的超高压水下抛载系统。利用Maxwell 2D电磁场有限元分析软件对非接触式电磁铁作了静磁场数值分析,得到电磁铁的磁力线与磁通密度分布图,验证了抛载电磁铁可以满足压载吸附和抛弃的功能。设计了一种非磁性钛合金隔离片,用于消除电磁铁断电后存在的吸附效应,解决了抛载失败的问题。开展了电磁吸力测试、可靠性试验、超高压试验以及深海试验,试验结果验证了所设计的全海深ARV抛载系统能够在深海环境下实现水下释放压载,为全海深ARV实现上浮下潜和水下浮态控制提供重要保障。

摘要：内孤立波在海洋中广泛存在,其在生成、传播演化以及耗散过程中对海洋环境、地形地貌和海洋结构物等有着深远的影响.针对内孤立波理论模型研究,已有理论模型包括单向传播Korteweg-de Vries(KdV)类方程和双向传播Miyata-Choi-Camassa(MCC)类方程,然而,两类方程均未能有效地模拟大振幅内孤立波的传播演化过程.本文采用渐近匹配方法,对原始单向传播内孤立波方程的系数进行修正,建立了改进的单向传播内孤立波理论模型.在此基础上,通过比较分析改进了前后内孤立波的理论模型,结果表明,改进后的理论模型稳态内孤立波的理论极限振幅能达到MCC方程稳态内孤立波的理论极限振幅.结合系列实验结果,通过定量分析稳态内孤立波有效波长、波速和波形与MCC方程稳态内孤立波理论解的吻合度,进一步分析了改进后的内孤立波理论模型在表征定态内孤立波特性方面的适用性.此外,针对平坦地形条件下大振幅内孤立波非定态传播演化过程,探究各类单向传播孤立波理论模型的稳定性.研究表明改进后高阶单向传播内孤立波理论模型可用于表征大振幅内孤立波传播演化特性,为海洋结构物水动力学研究提供理论依据.

摘要：水下拖缆物理参数不均匀会影响拖缆的动力特性,研究非均匀拖缆的参数变化对拖缆动力特性的影响有一定的工程实际意义。建立了拖曳系统运动的三维数学模型,推导出了水下非均匀拖缆的稳态运动控制方程,在首尾两端加上相应的定解条件,直接求得或使用嵌套二分法求得非均匀拖缆在端点的初始值,进而求解稳态动力学方程。借助文献中的拖缆—海底拖车系统算例,通过计算结果的对比,验证了数学模型及计算方法的正确性。通过四阶龙格库塔法进行数值仿真计算,得到了稳态解,分析了非均匀拖缆自身物理参数变化对缆绳系统稳态运动的影响。结果表明,非均匀拖缆的切向阻力系数、法向阻力系数、直径和密度变化会影响稳态缆形和张力分布,影响的程度各不相同。最后给出了两个尾拖船系统非均匀拖缆的稳态运动算例。

摘要：利用大型重力式密度分层水槽开展半潜式平台内孤立波载荷试验,基于3种不同的内孤立波理论,针对半潜式平台的立柱群建立内孤立波载荷理论预报模型,并确定Morison公式中惯性力和拖曳力系数的选取方法。研究表明,雷诺数、Keulegan-Carpenter数(KC数)和上层深度对Morison公式中的惯性力和拖曳力系数的取值有显著影响。立柱群的拖曳力系数与雷诺数之间呈指数函数关系,而惯性力系数与KC数之间呈幂函数关系。同时,基于所建立的理论预报模型所获半潜平台内孤立波载荷计算结果与系列试验结果吻合良好。

摘要：在2层流体基本假设下,通过实验分别研究不同波浪入射角下,作用在半潜式平台立柱群和沉箱群上的内孤立波载荷特性。实验结果表明:在任意迎流角下,作用在立柱和沉箱各部分的载荷峰值均随波幅增大而线性增大,并且波的传播方向对力的峰值有显著影响。在相同波幅、相同分层比下,当来波方向与平台中纵剖面不平行时,沉箱群水平载荷峰值在迎流角为90°时达到最大;当来波方向与平台中纵剖面平行时,水平载荷峰值最小。同时,波的传播方向对沉箱群垂向力以及立柱群水平载荷的峰值影响可以忽略不计。

摘要：深海采矿船是未来人类获取深海矿产资源的重要装备,研究其水动力特性具有重要意义。月池和输运管是影响深海采矿船水动力特性的重要因素。以世界上第一艘超深水采矿船“鹦鹉螺新纪元”号为研究对象,基于三维势流理论,分析月池尺寸、输运管长度及内径对采矿船水运动特性的影响。结果表明:月池开口会使采矿船垂荡、纵荡和纵摇运动出现共振峰,峰值随着开口尺寸的增加而增大,其中垂荡运动峰值可增加将近2倍;输运管的存在会明显改变采矿船横摇运动固有周期,增大垂荡运动峰值,降低横摇运动峰值,对横荡和纵荡运动的影响亦较大,当输运管长度为5000 m,内径为0.4805 m时,横荡和纵荡响应峰值能够达到无输运管时的3倍以上。通过探究月池开孔和输运管不同参数对采矿船运动的影响,为深海采矿船月池和输运管设计提供一定的借鉴和参考。

摘要：基于特征函数匹配方法,建立了两层流体中垂直圆柱浮体水波辐射问题的求解理论,导出了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数的计算公式.针对垂荡、横荡与横摇振荡运动模式,计算分析了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数特性,并与均匀流体的情况进行了比较.结果表明,在垂直圆柱浮体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有显著影响的.

摘要：考虑到小展弦比舵所存在的三维效应,利用附加质量系数ε和环量系数δ对经典Theodorsen两自由度运动方程进行修正,并与经典颤振实验结果进行比较,验证了修正后两自由度运动方程的适用性.质量比μ的不同会引起两自由度舵-轴系统振动V-g曲线形态的差异,故根据V-g曲线形状的不同将系统的振动分为第一类振动和第二类振动,其对应情况下可能发生的颤振为第一类颤振和第二类颤振.利用修正后的两自由度颤振理论模型分析了支撑刚度k_h、扭转刚度k_α、舵弦向重心位置x_α和初始攻角AOA对舵-轴系统颤振特性的影响规律,并通过开展相关实验对理论计算值进行验证,实验结果与计算值吻合良好.计算结果表明,k_h,k_α,x_α和AOA对颤振速度V_F存在显著影响,它们可以分别在一定的取值范围内导致系统发生第二类颤振.并且,V_F随k_h的增大单调增大,随k_α和x_α的增大先增大再减小,随AOA的增大则逐渐减小.其中,令V_F存在非零值的x_α取值范围狭小,反映了系统振动形态对x_α的敏感性.因此,在设计阶段避免将x_α设置在这个狭小的范围内可以降低颤振的发生几率.另一方面,由于V_F对k_h和k_α的反应缓慢,一旦颤振发生就可以通过将刚性轴锁紧来消除颤振效应.